Järjestellä atomeja materiaalien sisällä21.05.2026
Nykyään on olemassa useita tekniikoita, joiden avulla tutkijat voivat siirtää yksittäisiä atomeja antaakseen materiaaleille eksoottisia kvanttiominaisuuksia ja parantaakseen ymmärrystämme kvanttikäyttäytymisestä. Mutta olemassa olevat tekniikat voivat siirtää atomeja materiaalien pinnalla vain kahdessa ulottuvuudessa. Useimmat vaativat myös erittäin hitaita prosesseja ja korkeaa tyhjiötä ja erittäin kylmiä laboratorio-olosuhteita. Nyt MIT:n, Oak Ridge National Laboratoryn ja muiden laitosten tutkijaryhmä on luonut tavan siirtää tarkasti kymmeniätuhansia yksittäisiä atomeja materiaalissa muutamassa minuutissa huoneenlämmössä. Lähestymistavassa käytetään joukkoa algoritmeja elektronisuihkun sijoittamiseen huolellisesti materiaalin tiettyihin kohtiin ja sitten sädettä skannaten saadaan atomit liikkeelle. ”Tulokset osoittavat kyvyn siirtää atomeja tarkasti rajaten toistuvasti materiaalin 3D-atomihilassa”, sanoo MIT:n tutkija Julian Klein, joka suunnitteli ja johti projektia. ”Voimme ohjelmoida materiaaleja uudelleen luodaksemme vikoja halutessamme, toteuttaen täysin keinotekoisia aineen olomuotoja, joita ei esiinny luonnossa, ja hyödyntämällä niitä monilla mahdollisilla sovelluksilla, kuten sensori-, optisilla ja magneettisilla teknologioilla. Nämä tekniikat tarjoavat todella monia mahdollisuuksia.” ”Se on kuin kopiokone, joka voi luoda identtisten atomivirheiden sarakkeita”, sanoo professri Frances Ross. ”Se on erityisen hyödyllinen, koska voit siirtää muutamia atomia virheiden muodostamiseksi ja tehdä sen yhä uudelleen ja uudelleen rakentaaksesi kolmiulotteisia atomijärjestelyjä, joilla on viritettävät toiminnot järjestelmässä, joka on vankempi, koska virheet sijaitsevat pinnan alla.” Materiaaleissa, joissa se toimii, lähestymistavalla on useita etuja olemassa oleviin tekniikoihin verrattuna. ”Atomien siirtäminen kiinteiden aineiden sisällä mahdollistaa kvanttiominaisuuksien luomisen materiaaleihin, jotka ovat stabiileja ilmassa tyhjiöolosuhteiden ulkopuolella”, Klein selittää. ”Ja tämä lähestymistapa on myös skaalattavissa moniin atomien manipulaatioihin, joten tuhansien tai miljoonien atomien siirtäminen keinotekoisten rakenteiden luomiseksi edustaisi täysin uutta fysiikkaa. Haluaisimme tutkia näitä järjestelmiä.” Tutkijoiden mukaan heidän tekniikkansa luo pohjan uudenlaiselle ohjelmoitavan aineen luokalle, joka voisi auttaa useiden vakaiden kvanttilaitteiden kehittämisessä. ”Tämä on tapa päästä käsiksi fysikaalisiin ilmiöihin, joissa paljon atomeja on sijoitettu tiettyyn määriteltyyn järjestykseen, eikä niitä voida järjestää itsejärjestäytymällä”, Ross täydentää. ”Voit luoda yksilöllisesti viritettyjä atomijärjestelyjä, ja niitä voi olla niin monta, jokainen järjestettynä juuri haluamallasi tavalla kymmenien ja satojen nanometrien alueille. Tämä johtaa kollektiiviseen fysiikkaan, jota olemme innoissamme tutkiessamme.” Aineesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
On kulunut 37 vuotta siitä, kun tiedemiehet ensimmäisen kerran osoittivat kyvyn siirtää yksittäisiä atomeja, mikä viittaa mahdollisuuteen suunnitella materiaaleja atomi atomilta niiden ominaisuuksien mukauttamiseksi.